Door Dr. Gianfranco De Angelis
Het is ontmoedigend om te zien dat instructeurs en personal trainers 'empirische' uitleg geven over verschillende onderwerpen: spiermassa (hypertrofie), krachtwinsten, weerstand enz., Zonder zelfs een ruwe kennis van de histologische structuur en spierfysiologie te hebben.
Weinigen hebben slechts een min of meer diepgaande kennis van macroscopische anatomie, alsof het voldoende is om te weten waar de biceps of de borstspier zich bevindt, de histologische structuur verkeerd begrijpt en nog minder de biochemie en fysiologie van de spieren. Ik zal proberen, voor zover mogelijk, een korte en eenvoudige behandeling van het onderwerp te maken, ook toegankelijk voor de leek van de biologische wetenschappen.
Histologische structuur
Spierweefsel verschilt van andere weefsels (nerveus, bot, verbindend), vanwege een duidelijk kenmerk: contractiliteit, dat wil zeggen spierweefsel kan samentrekken of de lengte verkorten. Voordat we kijken hoe het verkort en welke mechanismen, laten we het hebben over de structuur ervan. We hebben drie soorten spierweefsel, die zowel histologisch als functioneel van elkaar verschillen: skeletachtig gestreept spierweefsel, glad spierweefsel en hartspierweefsel. Het belangrijkste functionele verschil tussen de eerste en de andere twee is dat, terwijl de eerste wordt bepaald door de wil, de andere twee onafhankelijk zijn van de wil. De eerste is de spieren die de botten bewegen, de spieren die we trainen met halters, halters en machines. Het tweede type wordt gegeven door de spieren van de ingewanden, zoals de spieren van de maag, de darm, enz. die, zoals we elke dag zien, niet door de wil worden beheerst. Het derde type is het harttype: zelfs het hart is gemaakt van spieren, het is zelfs in staat tot samentrekken; met name zelfs de hartspier is gestreept, dus vergelijkbaar met de skeletale, echter, een belangrijk verschil, de ritmische samentrekking ervan is onafhankelijk van de wil.
De door het skelet gestreepte spier is degene die verantwoordelijk is voor vrijwillige motorische activiteiten en dus voor sportactiviteiten. De gestreepte spier bestaat uit cellen, net als alle andere structuren en apparaten van het organisme; de cel is de kleinste eenheid die in staat is om zelfstandig te leven. In het menselijk lichaam zijn er miljarden cellen en bijna allemaal hebben ze een centraal deel dat de kern wordt genoemd, omringd door een gelatineuze substantie genaamd cytoplasma. De cellen waaruit de spier bestaat, worden spiervezels genoemd: het zijn langwerpige elementen, die in lengterichting op de as van de spier zijn aangebracht en in stroken worden verzameld. De hoofdkenmerken van gestreept spierweefsel zijn drie:
- Het is erg groot, de lengte kan enkele centimeters bereiken, de diameter is 10-100 micron (1 micron = 1/1000 mm). De andere cellen van het lichaam zijn, op enkele uitzonderingen na, microscopisch groot.
- Het heeft veel kernen (bijna alle cellen hebben er maar één) en wordt daarom een "polynuclear syncytium" genoemd.
- Het lijkt dwars gestreept, dat wil zeggen, het presenteert een afwisseling van donkere banden en lichtbanden. De spiervezel heeft langwerpige formaties in zijn cytoplasma, in lengterichting geplaatst op de as van de vezel en daarom ook op die van de spier, myofibrillen genoemd, we kunnen ze beschouwen als langwerpige koorden die in de cel zijn geplaatst. Myofibrillen zijn ook overdwars gestreept en zij zijn degenen die verantwoordelijk zijn voor de strepen van de hele vezel.
Laten we een myofibril nemen en bestuderen: het heeft donkere banden, genaamd bands A, en lichte bands genaamd I, in het midden van band I is er een donkere lijn genaamd regel Z. De spatie tussen een regel Z en de andere heet sarcomeer, dat het contractiele element en de kleinste functionele spiereenheid vertegenwoordigt; in de praktijk wordt de vezel ingekort omdat zijn sarcomeren worden ingekort.
Laten we nu kijken hoe de myofibril wordt gemaakt, dat is wat spierultrastructuur wordt genoemd. Het is gemaakt van filamenten, waarvan sommige grote myosinefilamenten zijn, andere dunne actinefilamenten. De grote passen samen met de dunne zodanig dat de band A wordt gevormd door het dikke filament (dit is de reden waarom het donkerder is), de band I wordt in plaats daarvan gevormd door dat deel van het dunne filament dat niet aan het zware filament (dat wordt gevormd door de dunne draad is lichter).
Contractie mechanisme
Nu we de histologische structuur en de ultrastructuur kennen, kunnen we het mechanisme van contractie vermelden. In de contractie stromen de lichte filamenten tussen de zware filamenten, zodat de banden I in lengte afnemen; zo neemt ook de sarcomeer af in lengte, dat is de afstand tussen een Z-band en de andere: daarom vindt de contractie niet plaats omdat de filamenten korter zijn geworden, maar omdat ze de sarcomere lengte hebben doen afnemen. Het verminderen van de lengte van de sarcomeer vermindert de lengte van de myofibrillen, dus aangezien de myofibrillen de vezel vormen, neemt de lengte van de vezel af, en bijgevolg wordt de spier, die uit vezels bestaat, ingekort. Het is duidelijk dat, om deze filamenten te laten stromen, energie nodig is en dit wordt gegeven door een stof: ATP (adenosine trifosfaat), dat de energievaluta van het lichaam is. ATP wordt gevormd door de oxidatie van voedsel: de energie die voedsel heeft wordt doorgegeven aan de ATP die het vervolgens aan de filamenten geeft om ze te laten stromen. Om samentrekking te laten plaatsvinden, is ook een ander element nodig, het Ca ++ -ion (Calcium). De spiercel houdt grote voorraden in het binnenste en maakt deze beschikbaar voor de sarcomeer wanneer de samentrekking moet plaatsvinden.
Spiercontractie vanuit macroscopisch oogpunt
We hebben gezien dat het contractiele element de sarcomeer is, we onderzoeken nu de hele spier en bestuderen het vanuit fysiologisch oogpunt, maar macroscopisch. Om een spier te laten samentrekken, moet er een elektrische stimulus bij komen: deze stimulus komt van de motorische zenuw, beginnend met het ruggenmerg (zoals natuurlijk gebeurt); of het kan afkomstig zijn van een motorische zenuw die is geresecteerd en elektrisch is gestimuleerd, of door de spier direct elektrisch te stimuleren. Stel je voor dat je een spier neemt: het ene uiteinde is vastgemaakt aan een vast punt, het andere uiteinde hangt op een gewicht; op dit punt stimuleren we het elektrisch; de spier zal samentrekken, dat wil zeggen, hij zal verkorten, het gewicht opheffen; deze contractie wordt isotonische contractie genoemd. Als we in plaats daarvan de spier met beide uiteinden aan twee stijve steunen binden, als we hem stimuleren, zal de spier in spanning toenemen zonder te verkorten: dit wordt isometrische contractie genoemd. Als we in de praktijk de lat in de deadlift nemen en optillen, is dit een isotone samentrekking; als we het met een zeer zwaar gewicht laden en, terwijl we proberen het op te tillen, dus zelfs als we de spieren maximaal samentrekken, bewegen we het niet, dit wordt isometrische contractie genoemd. In de isotonische contractie hebben we een mechanisch werk uitgevoerd (werk = kracht x verplaatsing); in de isometrische contractie is het mechanische werk nul, omdat: werk = kracht x verplaatsing = 0, verplaatsing = 0, werk = kracht x 0 = 0
Als we de spier stimuleren met een zeer hoge frequentie (dat wil zeggen, talloze impulsen per seconde), zal deze een zeer hoge sterkte ontwikkelen en maximaal blijven samentrekken: de spier in deze toestand wordt gezegd in tetanus te zijn, daarom betekent tetanische contractie maximale en continue samentrekking. Een spier kan een beetje of veel samentrekken, naar believen; dit is mogelijk door twee mechanismen: 1) Wanneer een spier weinig wordt gecontracteerd, trekken slechts enkele vezels samen; het verhogen van de intensiteit van de contractie, andere vezels worden toegevoegd. 2) Een vezel kan samentrekken met minder of meer kracht, afhankelijk van de frequentie van ontlading, dat wil zeggen het aantal elektrische impulsen dat de spieren in een tijdseenheid bereikt. Door deze twee variabelen te moduleren, beveelt het centrale zenuwstelsel met welke kracht de spier moet samentrekken. Wanneer het een sterke contractie oplegt, verkorten bijna alle spiervezels van de spier, niet alleen, maar ze zullen allemaal met veel kracht inkorten: wanneer het een zwakke contractie oplegt, worden slechts enkele vezels verkort en met een geringere kracht.
We pakken nu een ander belangrijk aspect van de spierfysiologie aan: spierspanning. Spierspanning kan worden gedefinieerd als een continue toestand van lichte spiercontractie, die onafhankelijk is van de wil. Welke factor veroorzaakt deze samentrekking? Vóór de geboorte zijn de spieren even lang als de botten, daarna ontwikkelen de botten zich met de ontwikkeling langer dan de spieren, zodat de spieren uitgerekt worden. Wanneer een spier zich uitstrekt, als gevolg van een spinale reflex (myotatische reflex), trekt hij samen, daarom bepaalt het continue strekken waaraan de spier wordt blootgesteld een continue toestand van lichte maar aanhoudende samentrekking. De oorzaak is een reflectie en omdat het hoofdkenmerk van de reflexen niet-vrijwillig is, wordt de toon niet door de wil bepaald. De toon is een fenomeen op basis van zenuwreflex, dus als ik de zenuw doorsnijd die van het centrale zenuwstelsel naar de spier gaat, wordt hij slap en verliest hij zijn toon.
De samentrekkingskracht van een spier hangt af van zijn dwarsdoorsnede en is gelijk aan 4-6 kg.cm2. Maar het principe is in principe geldig, er is geen precieze verhouding tussen directe proportionaliteit: bij een atleet kan een spier iets kleiner dan die van een andere atleet sterker zijn. Een spier vergroot zijn volume als het getraind wordt met toenemende weerstand (het is het principe waarop op gewichten gebaseerde gymnastiek is gebaseerd); er moet worden benadrukt dat het volume van elke spiervezel toeneemt, terwijl het aantal spiervezels constant blijft. Dit fenomeen wordt musculaire hypertrofie genoemd.
Spier biochemie
Laten we nu het probleem onder ogen zien van de reacties die in de spieren plaatsvinden. We hebben al gezegd dat er voor samentrekking zich energie voordoet; deze energie bewaart de cel in het zogenaamde ATP (adenosine trifosfaat), dat, wanneer het energie geeft aan de spier, verandert in ADP (adenosine difosfaat) + Pi (anorganisch fosfaat): de reactie bestaat uit het verwijderen van een fosfaat. Dus de reactie die plaatsvindt in de spier is ATP → ADP + Pi + energie. Er zijn echter weinig ATP-bestanden die opnieuw moeten worden gesynthetiseerd. Daarom moet, om de spier te laten samentrekken, de omgekeerde reactie (ADP + Pi + energie> ATP) ook plaatsvinden, zodat de spier altijd ATP beschikbaar heeft. De energie om de hersynthese te maken geeft ons voedsel: deze, nadat ze zijn verteerd en geabsorbeerd, bereiken de spier door het bloed, waar ze hun energie opgeven, precies om de ATP vorm te geven.
De energetische substantie bij uitstek wordt gegeven door suikers, in het bijzonder glucose. Glucose kan worden afgesplitst in aanwezigheid van zuurstof (in aerobe omstandigheden) en wordt, zoals ten onrechte is gezegd, "verbrand"; de energie die vrijkomt, haalt hem uit de ATP, terwijl glucose alleen maar water en koolstofdioxide bevat. 36 moleculen ATP worden verkregen uit een glucosemolecuul. Maar glucose kan ook worden aangetast in afwezigheid van zuurstof, in welk geval het wordt omgezet in melkzuur en slechts twee ATP-moleculen worden gevormd; dan gaat melkzuur, dat in het bloed overgaat, naar de lever waar het weer wordt omgezet in glucose. Deze melkzuurcyclus wordt de Cori-cyclus genoemd. Wat gebeurt er praktisch wanneer de spier samentrekt? Aan het begin, wanneer de spier begint te samentrekken, is de ATP onmiddellijk uitgeput en omdat er daarna geen hart- en ademhalingsaanpassingen zijn geweest, is de zuurstof die de spier bereikt onvoldoende, daarom splitst de glucose zich op in afwezigheid van zuurstofvormend melkzuur. In een tweede keer kunnen we twee situaties hebben: 1) Als de inspanning op een lichte manier wordt voortgezet, is de zuurstof voldoende, dan oxideert de glucose in water en koolstofanhydriet: melkzuur zal zich niet ophopen en de oefening kan uren aanhouden ( dit type inspanning wordt daarom aerobic genoemd, bijvoorbeeld de onderste run). 2) Als de inspanning intens blijft, hoewel veel zuurstof de spier bereikt, zal veel glucose in de afwezigheid van zuurstof afbreken; daarom zal er veel melkzuur worden gevormd dat vermoeidheid veroorzaakt (we hebben het over anaerobe inspanning, bijvoorbeeld een snelle run, zoals de 100 meter). Tijdens rust zal melkzuur terugkeren naar glucose in aanwezigheid van zuurstof. In het begin missen we zelfs bij de aerobe inspanning zuurstof: we spreken van een zuurstofschuld, die wordt betaald als we rusten; de zuurstof zal worden gebruikt om glucose opnieuw te synthetiseren uit melkzuur; in feite verbruiken we direct na de inspanning meer zuurstof dan normaal: we betalen de schuld af. Zoals je kunt zien, hebben we glucose als een voorbeeld van brandstof genoemd, omdat het de belangrijkste brandstof van spieren is; in feite, zelfs als vetten een grotere hoeveelheid energie hebben, om ze te oxideren, heb je altijd een bepaalde hoeveelheid glyciden en nog veel meer zuurstof nodig. Bij afwezigheid hiervan zijn er aanzienlijke stoornissen (ketose en acidose). Eiwitten kunnen echter als brandstof worden gebruikt, omdat ze de enige zijn die worden gebruikt om spieren te vormen, de plastische functie heeft de overhand. Lipiden hebben het kenmerk dat ze voor hetzelfde gewicht meer energie hebben dan suikers en eiwitten: ze worden idealiter als afzetting gebruikt. Dus de glyciden zijn de brandstof, de eiwitten zijn de grondstoffen, de lipiden zijn de reserves.
Ik probeerde in dit artikel over de fysiologie van de spier zo duidelijk mogelijk te zijn, zonder wetenschappelijke striktheid te verwaarlozen: ik denk dat ik een geweldig resultaat heb bereikt als ik de fitnessexploitanten stimuleerde om een serieuzere interesse in fysiologie te nemen, omdat ik geloof dat de Fundamentele noties van fysiologie en anatomie moeten een onmisbaar cultureel erfgoed zijn om te proberen dit prachtige menselijke lichaam op de een of andere manier te begrijpen.
